Zadatak tjedna (12. svibnja 2008.)

Roneći u moru Ivica ugleda trpa i moruzgvu. Bez maske vidio je samo mutne obrise ovih morskih životinja. Međutim nakon što je stavio masku za ronjenje isti prizor ukazao se pred njegovim očima posve jasno. Zašto je bez maske slika mutna i kako to maska izoštrava sliku?

Maska ima specijalno staklo koje izoštrava sliku ako je između stakla i oka zrak.
Tlak vode na oko jači je nego očni mišići pa oko bez maske ne može fokusirati sliku.
Indeks loma tekućine u oku vrlo je blizu indeksu loma vode pa rožnica gotovo ne lomi svjetlost.
Kada nosimo masku očni kapci mogu treptanjem brisati površinu oka i slika zato postaje jasna.
Maska nam samo prividno izoštrava sliku jer je slika i bez nje oštra ali oko se želi zatititi pa instinktivno mijenja fokus.


(H.M.)
 
 

Rješenje

Oko je približno kugla promjera 2.5 cm. Osnovni zadatak mu je da stvori realnu sliku predmeta na mrežnici, što znači da se fokusiranje svjetlosti mora zbiti na udaljenosti nešto manjoj od promjera oka (oko 2 cm). Slika dalekog predmeta pada u žarište leće, pa je dobra procjena za žarišnu daljinu oka f = 2 cm. Jakost oka, kao leće, stoga je približno jednaka i = 1/f  = 1/0.02 m = 50 dioptrija. Oko to postiže pomoću rožnice i leće. Rožnica je dio kugle radijusa 7.5 mm ispunjen tekućinom indeksa loma n=1.34. Svjetlost se lomi na prijelazu između zraka, indeksa loma n = 1, i rožnice. Jakost leće rožnice iznosi oko 35 dioptrija, što znači da rožnica obavi većinu posla fokusiranja. Ostatak fokusiranja i fino podešavanje oštrine slike obavi leća. Leća je posebna struktura promjenjivog oblika (time i jakosti) i nešto većeg indeksa loma n = 1.44.  Unutrašnjost oka je staklaste strukture, ali jednakog indeksa loma kao i rožnica, pa se svjetlost na svom putu dalje prema mrežnici više ne lomi.
Stavimo li rožnicu u kontakt s vodom, koja ima gotovo jednaki indeks loma (n = 1.33) kao i rožnica,  na kontaktnoj plohi svjetlost se više ne lomi, pa rožnica potpuno gubi svojstvo sabiranja svjetlosti. Sabirati još može jedino leća, ali ni sa svojom najvećom jakošću od oko 20 dioptrija, ne može nam dati jasnu sliku.
Maska stvara sloj zraka između rožnice i vode. Taj se sloj ponaša kao konvergentna leća i omogućuje stvaranje oštre slike na mrežnici. Zanimljivo je da ova leća, iako je udubljena (plankonkavna, vidi sl. 6), sabire svjetlost jer je njen indeks loma manji od indeksa loma okoline. Na kraju, ostaje pitanje kako onda vide ribe? Kod njih je leća građena u obliku kugle i većeg je indeksa loma, n=1.65. To omogućuje bolje sabiranje svjetlosti i oštar vid ribama u vodi. Kažimo i to da njihova leća ima fiksnu žarišnu daljinu te da sliku  izoštravaju pomicanjem leće naprijed nazad u očnoj šupljini, kao u fotografskom aparatu.

 

Slika 1. Građa oka

 

 

Slika 2. Naveći dio fokusiranja obavi rožnica

 

 

Slika 3. Dodatno fokusiranje i fino podešavanje oštrine slike obavlja leća

 

 

Slika 4. Zbog gotovo istog indeksa loma vode i rožnice, u vodi rožnica ne fokusira svjetlost

 

 

Slika 5. U vodi fokusira samo leća, što je nedovoljno za stvaranje oštre slike

 

 

Slika 6. Maska stvara sloj zraka između rožnice i vode. Taj se sloj ponaša kao konvergentna leća i omogućuje stvaranje oštre slike na mrežnici.

 

 
 

Šaljite nam svoje primjedbe, komentare i rješenja.
Šaljite nam svoje konceptualne zadatke. Mi ćemo ih objaviti!

Voditelj Eškole FIZIKA,
Ivica Aviani


Više zadataka možete naći ovdje >>
.